DE19917958A1 - Cooling unit for electric motors having slide, rolling or dynamically controlled magnetic bearings; has coolant containers at each end of drive shaft with dynamic seals and connected to recooling unit - Google Patents

Cooling unit for electric motors having slide, rolling or dynamically controlled magnetic bearings; has coolant containers at each end of drive shaft with dynamic seals and connected to recooling unit

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Abstract

The motor has a bore in the drive shaft (1) with working fluid that is to be cooled. The unit has containers (2,4) to hold coolant at each shaft end of the motor. The containers are connected to a recooling unit (6) by ducts. Dynamic seals (3,5) are arranged between the drive shaft and the containers. A pump (7) is arranged in the coolant circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für die Lager von hermetisierten Elektromotoren, die insbesondere unter Vakuumbedingungen eingesetzt werden.The invention relates to a cooling device for the bearings of hermetic electric motors, which are used in particular under vacuum conditions.

Zur Kühlung von Strömungsarbeitsmaschinen, insbesondere deren Antriebsmotoren, sind vielfältige Ausführungen bekannt.For cooling fluid flow machines, especially their drive motors various designs known.

So wird z. B. in der DE-OS 28 33 680 ein Seitenkanalverdichter oder -vakuumerzeuger vor­ geschlagen, bei dem auf der Motorwelle zwischen Antriebsmotor und Laufrad ein spezieller Kühlventilator angebracht ist. Gemäß der DE-OS 33 24 076 wird ein Gebläse für die Um­ wälzung heißer Luft vorgeschlagen, bei dem zur Abführung der Wärme von Motorwicklung und Antriebswelle der Gebläsemotor von einem oder mehreren, im wesentlichen axialen und/oder achsparallelen, durchgehenden und an entgegengesetzten Seiten des Gebläse­ motors offenen Strömungskanälen durchzogen ist. In der DE-OS 41 04 034 wird ein Geblä­ se mit getrennten Hauptluft- und Kühlluftförderbereichen beschrieben.So z. B. in DE-OS 28 33 680 a side channel compressor or vacuum generator struck, in which a special on the motor shaft between the drive motor and impeller Cooling fan is attached. According to DE-OS 33 24 076 a fan for the order Rolling hot air is proposed in which to dissipate the heat from the motor winding and drive shaft of the blower motor of one or more, substantially axial and / or axially parallel, continuous and on opposite sides of the fan motor open flow channels is crossed. In DE-OS 41 04 034 a fan described with separate main air and cooling air delivery areas.

Bekannt sind auch besondere Maßnahmen zur Kühlung bei solchen Maschinen, die insbe­ sondere zur Förderung heißer Medien eingesetzt werden.Also known are special measures for cooling in such machines, in particular be used especially for the conveyance of hot media.

So ist z. B. aus der DE-OS 31 51 869 ein Hochtemperaturgebläse bekannt, das insbesonde­ re für Glühöfen eingesetzt wird. Während bei laufendem Gebläse zur Kühlung der Lager über die Hohlwelle Kühlluft angesaugt wird, kann bei Stillstand Kühlluft dadurch zugeführt werden, daß ein Injektor am offenen Ende der Hohlwelle zuschaltbar ist.So z. B. from DE-OS 31 51 869 a high temperature blower known, in particular re is used for annealing furnaces. While the fan is running to cool the bearings Cooling air is sucked in via the hollow shaft and can thus be supplied with cooling air at standstill be that an injector can be switched on at the open end of the hollow shaft.

Weiterhin ist eine Pumpe für heiße Fördermedien gem. der DE-OS 42 12 982 bekannt, die mit einer Magnetkupplung ausgerüstet ist, bei der die Antriebswelle ebenfalls mit einer In­ nenbohrung zur Kühlmittelführung versehen ist. Das Kühlmittel, vorzugsweise Luft, wird hierbei über die Innenbohrung der Antriebswelle von einem Kühlmittelförderrad zu am Um­ fang des Magnetträgers befindlichen Kühlmittelspalten geführt. Diese Kühlmittelspalten münden in einem Kühlmittelaustritt.Furthermore, a pump for hot fluids according to. DE-OS 42 12 982 known that is equipped with a magnetic coupling, in which the drive shaft also has an In is provided for the coolant guide. The coolant, preferably air here via the inner bore of the drive shaft from a coolant delivery wheel to the um coolant columns located at the beginning of the magnet carrier. These coolant columns flow into a coolant outlet.

Die genannten Lösungen dienen zwar der Kühlung der Lager von Antriebswellen in Strö­ mungsmaschinen, sind aber für die Anwendung bei hermetischen Maschinen nicht geeig­ net.The solutions mentioned serve to cool the bearings of drive shafts in currents mation machines, but are not suitable for use with hermetic machines net.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur möglichst einfachen Kühlung der An­ triebswelle und damit auch der Lager von Elektromotoren zu schaffen, die unter Vakuum­ bedingungen zuverlässig arbeitet und die vorhandenen Druckunterschiede an den Lagern berücksichtigt.The object of the invention is to provide a device for the simplest possible cooling of the drive shaft and thus the bearings of electric motors to create the vacuum  conditions works reliably and the existing pressure differences at the bearings considered.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche enthalten spezielle Ausgestaltungsformen. Durch die erfindungsgemäß angeordnete Kühleinrichtung wird eine ausreichende Ableitung der Motorwärme auch unter Vakuumbedingungen erzielt und damit die Lagerbelastung minimiert.According to the invention the object is solved by the features of the main claim. The Subclaims contain special designs. By the invention arranged cooling device will also adequately dissipate the engine heat Vacuum conditions achieved and thus the bearing load minimized.

Nachfolgende Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Die Abbildungen zeigen schematische Darstellungen der Kühleinrichtung.The following exemplary embodiments are intended to explain the invention in more detail. The illustrations show schematic representations of the cooling device.

Gemäß Bild 1 ist die Bohrung der Antriebswelle 1 auf der einen Seite an dem Behälter 2 über eine Dichtung 3 angeschlossen. Auf der anderen Seite, im Bereich des Verdichters, befindet sich der Behälter 4, der eine strömungsgünstige äußere Struktur besitzt. Der Be­ hälter 4 ist ebenfalls über eine Dichtung 5 mit der Antriebswelle 1 verbunden. Der Behälter 2 ist mit elastischen Elementen 8 mit dem Gehäuse 13 befestigt. Der Behälter 4 ist über elastische Elemente 8 am Ansaugstutzen des Verdichters befestigt. Durch die elastischen Elemente 8 wird eine Relativbewegung zwischen der Antriebswelle 1 und den feststehen­ den Bauteilen ermöglicht. Die Behälter 2 und 4 und damit die Bohrung der Antriebswelle 1 sind mit einem Kühlkreislauf verbunden, der eine Pumpe 7 und ein Rückkühlaggregat 6 besitzt.According to Figure 1, the bore of the drive shaft 1 is connected on one side to the container 2 via a seal 3 . On the other side, in the area of the compressor, there is the container 4 , which has a streamlined outer structure. Be the container 4 is also connected via a seal 5 to the drive shaft 1 . The container 2 is fastened to the housing 13 with elastic elements 8 . The container 4 is fastened to the intake port of the compressor via elastic elements 8 . A relative movement between the drive shaft 1 and the fixed components is made possible by the elastic elements 8 . The containers 2 and 4 and thus the bore of the drive shaft 1 are connected to a cooling circuit which has a pump 7 and a recooling unit 6 .

In Bild 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Antriebswelle 1 eine einseitige Bohrung besitzt, in die ein Rohr 10 hinein ragt. Dadurch wird das Kühlmittel durch das Rohr 10 zur Stirnseite der Antriebswelle 1 geleitet, dort umgelenkt und zwischen der Innenboh­ rung der Antriebswelle 1 und dem Außenmantel des Rohres 10 zurückgeführt. Das Rohr 10 ist fest mit dem Behälter 9 verbunden. Damit wird nur eine Dichtung 3 zwischen Behälter 11 und Antriebswelle 1 benötigt. In den Behältern 9 und 11 ist der Füllungsstand der Kühlflüs­ sigkeit angedeutet. Die Behälter 9 und 11 sind ebenfalls mit einem Kühlkreislauf versehen, der mit einer Pumpe 7 und einem Rückkühlaggregat 6 ausgestattet ist. Zur sicheren Füh­ rung des Rohres 10 innerhalb der Antriebswelle 1 sind Führungselemente 12 angeordnet, die eine Relativbewegung zwischen dem feststehenden Rohr 10 und der sich drehenden Antriebswelle 1 ermöglichen. Die Behälter 9 und 11 sind ebenfalls mit elastischen Elemen­ ten 8 an den feststehenden Bauteilen befestigt. Figure 2 shows an embodiment in which the drive shaft 1 has a one-sided bore into which a tube 10 projects. As a result, the coolant is passed through the tube 10 to the end face of the drive shaft 1 , deflected there and fed back between the inner bore of the drive shaft 1 and the outer jacket of the tube 10 . The tube 10 is firmly connected to the container 9 . This means that only one seal 3 is required between the container 11 and the drive shaft 1 . In the containers 9 and 11 , the filling level of the cooling liquid is indicated. The containers 9 and 11 are also provided with a cooling circuit which is equipped with a pump 7 and a recooling unit 6 . For safe Füh tion of the tube 10 within the drive shaft 1 guide elements 12 are arranged which allow a relative movement between the fixed tube 10 and the rotating drive shaft 1 . The containers 9 and 11 are also fixed with elastic elements 8 to the fixed components.

Claims (11)

1. Kühleinrichtung für mit Gleitlagern, Wälzlagern oder dynamisch gesteuerten magneti­ schen Lagern ausgerüstete Elektromotoren, vorzugsweise zum Antrieb von Turboverdich­ tem radialer, diagonaler oder axialer Bauart, in ein- oder mehrstufiger Ausführung, mit direkt auf der Motorwelle angeordnetem Verdichter, mit einer Anordnung von Motor und Verdich­ ter in einem druckdichten Behälter mit einem Druck, der annähernd dem Siededruck des Arbeitsmediums entspricht, welches vorzugsweise von geringer Dichte ist, und bei der die Antriebswelle mit einer Bohrung versehen ist, in die Arbeitsflüssigkeit zum Kühlen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wellenenden mit feststehenden, die Kühlflüs­ sigkeit aufnehmenden Behältern (2, 4 bzw. 9, 11) verbunden sind und daß die Behälter (2, 4 bzw. 9, 11) über Leitungen mit einem Rückkühlaggregat (6) angeschlossen sind.1. Cooling device for electric motors equipped with slide bearings, roller bearings or dynamically controlled magnetic bearings, preferably for driving turbo compressors of radial, diagonal or axial design, in one or more stages, with a compressor arranged directly on the motor shaft, with an arrangement of the motor and compression in a pressure-tight container with a pressure which approximately corresponds to the boiling pressure of the working medium, which is preferably of low density and in which the drive shaft is provided with a bore, is passed into the working fluid for cooling, characterized in that both Shaft ends with fixed, the Kühlflüs liquid receiving containers ( 2 , 4 or 9 , 11 ) are connected and that the containers ( 2 , 4 or 9 , 11 ) are connected via lines with a recooling unit ( 6 ). 2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwi­ schen Antriebswelle (1) und den feststehenden Behältern (2, 4 bzw. 11) durch vom Kühlmit­ tel beaufschlagte, dynamische Dichtungen (3 bzw. 5) erfolgt.2. Cooling device according to claim 1, characterized in that the seal between the drive shaft's ( 1 ) and the fixed containers ( 2 , 4 and 11 ) by the coolant tel acted upon, dynamic seals ( 3 and 5 ). 3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittelkreislauf eine Pumpe (7) angeordnet ist.3. Cooling device according to claim 1, characterized in that a pump ( 7 ) is arranged in the coolant circuit. 4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Antriebswel­ le (1) ein feststehendes Rohr (10) hinein ragt, das auf einer Seite mit dem feststehenden Behälter (9) und mit seiner anderen Öffnung über die Bohrung der Antriebswelle (1) mit dem Behälter (11) verbunden ist.4. Cooling device according to claim 1 and 2, characterized in that in the Antriebswel le ( 1 ) a fixed tube ( 10 ) protrudes into the one side with the fixed container ( 9 ) and with its other opening through the bore of the drive shaft ( 1 ) is connected to the container ( 11 ). 5. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Rohr (10) durch konzentrisch angeordnete, drehbare und flüssigkeitsdurchlässige Lager (12) fixiert wird.5. Cooling device according to claim 1 and 4, characterized in that the fixed tube ( 10 ) is fixed by concentrically arranged, rotatable and liquid-permeable bearings ( 12 ). 6. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (2 und 4) über die Relativbewegung zwischen Behälter (2 und 4) und Welle (1) ausgleichende, elasti­ sche Befestigungselemente (8) mit den Gehäuseteilen (13) verbunden sind.6. Cooling device according to claim 1, characterized in that the containers ( 2 and 4 ) via the relative movement between the container ( 2 and 4 ) and shaft ( 1 ) compensating, elastic fastening elements ( 8 ) are connected to the housing parts ( 13 ). 7. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Rohres (10) mit strömungsbeeinflussenden Elementen versehen ist. 7. Cooling device according to claim 1 and 4, characterized in that the surface of the tube ( 10 ) is provided with flow-influencing elements. 8. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmittel und Ar­ beitsmittel der gleiche Stoff sind und daß das Arbeitsmittel in gasförmiger und das Kühlmit­ tel in flüssiger Form auftritt.8. Cooling device according to claim 1, characterized in that coolant and Ar beitsmittel are the same substance and that the working medium in gaseous form and the Kühlmit tel occurs in liquid form. 9. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamischen Dichtungen als Flüssigkeitsringdichtungen ausgebildet sind.9. Cooling device according to claim 1 and 5, characterized in that the dynamic Seals are designed as liquid ring seals. 10. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinnichtung den Druck in den Gefäßen (2 und 4) immer über dem der Umgebungstemperatur entspre­ chenden Sättigungsdruck der Kühlflüssigkeit hält.10. Cooling device according to claim 1, characterized in that a control device keeps the pressure in the vessels ( 2 and 4 ) always above the ambient temperature corre sponding saturation pressure of the cooling liquid. 11. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitsein­ richtung den Motorstart bei fehlender Flüssigkeit im System verhindert.11. Cooling device according to claim 1, characterized in that a Sicherheitsein direction prevents the engine from starting if there is no fluid in the system.
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